JP2014130672A - 磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、及び磁気記録再生装置 - Google Patents

磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、及び磁気記録再生装置 Download PDF

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Katsuhiko Koi
克彦 鴻井
Shuichi Murakami
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Abstract


【課題】高周波磁界を維持し、かつ発振層の発振を開始するための臨界電流密度を低減する。
【解決手段】実施形態かかる磁気ヘッドは主磁極と補助磁極の間に設けられたスピントルク発振子とを含む。スピントルク発振子は、ダウンスピン注入層、第１の中間層、発振層、第２の中間層、アップスピン注入層を含む。ダウンスピン注入層は、主磁極及び補助磁極のうち一方の上に形成された、第１の垂直磁化膜、第１の界面磁性層を有する。第１の実施形態に使用される第１の界面磁性層は、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉのうち少なくとも１つの元素と、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｎ、Ｔｉ、及びＳｃからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とを含有する。アップスピン注入層は第２の垂直磁化膜を含む。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ、及び磁気記録再生装置に関する。
面内磁気記録よりも原理的に高密度記録に有利である垂直磁気記録により、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の記録密度は年率約４０％の伸びを示している。高い記録密度の実現は、垂直磁気記録方式を用いても、再び熱揺らぎの問題が顕在化するために容易ではないと考えられる。
この問題を解消し得る記録方式として「高周波磁界アシスト記録方式」が提案されている。高周波磁界アシスト記録方式では、記録信号周波数よりも十分に高い、磁気記録媒体の共鳴周波数付近の高周波磁界を、媒体に局所的に印加する。この結果、媒体が共鳴し、高周波磁界が印加された部分の媒体の保磁力（Ｈｃ）がもとの保磁力の半分以下となる。この効果を利用して、記録磁界に高周波磁界を重畳することにより、より高保磁力（Ｈｃ）かつ高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）の媒体への磁気記録が可能となる。しかし、コイルにより高周波磁界を発生させると、媒体に高周波磁界を効率的に印加することが困難であった。
そこで高周波磁界の発生手段として、スピントルク発振子を利用する手法が提案されている。これらにより開示された技術においては、スピントルク発振子は、スピン注入層と、中間層と、磁性体層（発振層）と、電極とからなる。電極を通じてスピントルク発振子に直流電流を通電すると、スピン注入層によって生じたスピントルクにより、磁性体層の磁化が強磁性共鳴を生じる。その結果、スピントルク発振子から高周波磁界が発生する。
スピントルク発振子のサイズは数十ナノメートル程度であるため、発生する高周波磁界はスピントルク発振子の近傍の数十ナノメートル程度の領域に局在する。さらに高周波磁界の面内成分により、垂直磁化した媒体を効率的に共鳴すること可能となり、媒体の保磁力を大幅に低下させることが可能となる。この結果、主磁極による記録磁界と、スピントルク発振子による高周波磁界とが重畳した部分のみで高密度磁気記録が行われ、高保磁力（Ｈｃ）かつ高磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）の媒体を利用することが可能となる。このため、高密度記録時の熱揺らぎの問題を回避できる。
高周波磁界アシスト記録ヘッドを実現するためには、低駆動電流で安定して発振が可能であり、かつ、媒体磁化を十分に共鳴させる面内高周波磁界の発生が可能な、スピントルク発振子を設計・作製することが重要になる。
スピントルク発振子に通電可能な最大電流密度は、例えば素子サイズが７０ｎｍ程度のとき、２×１０８Ａ／ｃｍ２である。これ以上の電流密度では、例えばスピントルク発振子の発熱及びマイグレーションにより、特性が劣化する。このため、なるべく低電流密度で発振可能なスピントルク発振子を設計することが重要となる。
一方、媒体磁化を十分に共鳴させるためには、面内高周波磁界の強度を、媒体の異方性磁界（Ｈｋ）の１０％以上にすることが望ましいことが報告されている。面内高周波磁界の強度を高める手段としては、発振層の飽和磁化の増加、発振層の層厚の増加、及び、発振層の磁化の回転角度の増加、が挙げられるが、これらのいずれの手段も、駆動電流を増加させてしまう。
このように、駆動電流の低電流密度化と、面内高周波磁界の強度の増加とは、二律背反の関係にあり、これらを同時に実現するスピントルク発振子の実現が望まれる。
特開２０１０−３３５４号公報
本発明の実施形態は、高周波磁界を維持し、かつ発振層の発振を開始するための臨界電流密度を低減することを目的とする。
実施形態によれば、
磁気記録媒体に記録磁界を印加する主磁極と、
主磁極と磁気回路を構成する補助磁極と、
該主磁極と該補助磁極との間に設けられたスピントルク発振子とを含み、
該スピントルク発振子は、該主磁極及び該補助磁極のうち一方の上に形成された、第１の垂直磁化膜、及び該第１の垂直磁化膜の上に形成された、鉄、コバルト、及びニッケルのうち少なくとも１つの元素と、クロム、バナジウム、マンガン、チタン、及びスカンジウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とを含有する第１の界面磁性層を有するダウンスピン注入層、
該ダウンスピン注入層上に形成された第１の中間層、
該第１の中間層上に形成された発振層、
該発振層上に設けられた第２の中間層、及び
該第２の中間層上に設けられた第２の垂直磁化膜を含むアップスピン注入層を具備することを特徴とする磁気ヘッドが提供される。
第２の実施形態にかかるスピントルク発振子を表す断面図である。 図１のスピントルク発振子の駆動原理を表す図である。 第１の実施形態にかかるスピントルク発振子を表す断面図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気記録再生装置の一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドアセンブリの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。 実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図である。
第１の実施形態にかかる磁気ヘッドは、磁気記録媒体に記録磁界を印加する主磁極と、主磁極と磁気回路を構成する補助磁極と、主磁極と該補助磁極との間に設けられたスピントルク発振子とを含む。
第１の実施形態に使用されるスピントルク発振子は、ダウンスピン注入層、ダウンスピン注入層上に形成された第１の中間層、及び第１の中間層上に形成された発振層、発振層上に形成された第２の中間層、第２の中間層上に形成されたアップスピン注入層を含む。
第１の実施形態に使用されるダウンスピン注入層は、主磁極及び補助磁極のうち一方の上に形成された、第１の垂直磁化膜、及び第１の垂直磁化膜の上に形成された第１の界面磁性層を有する。
第１の実施形態に使用される第１の界面磁性層は、鉄、コバルト、及びニッケルのうち少なくとも１つの元素と、クロム、バナジウム、マンガン、チタン、及びスカンジウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とを含有する。
第１の実施形態に使用されるアップスピン注入層は第２の垂直磁化膜を含む。
また、第２の実施形態にかかる磁気ヘッドは、アップスピン注入層が、第２の中間層上に形成された第２の界面磁性層と、第２の界面磁性層上に形成された第２の垂直磁化膜とを含むこと以外は、第１の実施形態にかかる磁気ヘッドと同様の構成を有する。
実施形態によれば、スピントルク発振子として、ダウンスピン注入層とアップスピン注入層、それら２つのスピン注入層の間に発振層を設ける構造を設けることにより、ダウンスピン注入層は発振層に負のスピントルクを与え、アップスピン注入層は通常の正のスピントルクを与える材料とすることで、発振層の発振開始電圧すなわち臨界電流密度を低減することができる。
ここで、実施形態に使用されるアップスピン注入層とは、スピン注入層を透過する電子が磁化と平行方向にスピン偏極する層をいう。
また、実施形態に使用されるダウンスピン注入層とは、スピン注入層を透過する電子が磁化と反平行方向にスピン偏極する層をいう。
実施形態に用いられる第１の垂直磁化膜及び第２の垂直磁化膜は、互いに同じ組成あるいは異なる組成を有する。第１の垂直磁化膜及び第２の垂直磁化膜の材料として、Ｆｅ、Ｃｏのうち少なくとも１つの元素からなる層と、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ，Ｐｔ、Ｐｄ、及びＣｕからなる群から選択される少なくとも１つの元素からなる層とを交互に積層して形成することができ、例えばＦｅＣｏ／Ｎｉ、ＣｏＦｅ／Ｎｉ、Ｃｏ／Ｎｉ、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ，Ｆｅ／Ｐｔなどの人工格子が挙げられる。また、第１の垂直磁化膜及び第２の垂直磁化膜として、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＣｒＴａＰｔ、ＣｏＣｒＴａＮｂ等のＣｏＣｒ系合金、ＴｂＦｅＣｏ等のＲＥ−ＴＭ系アモルファス合金、ＦｅＰｔ系やＣｏＰｔ系の合金、ＳｍＣｏ系合金を用いることができる。
第１の垂直磁化膜及び第２の垂直磁化膜は、各々２ないし２０ｎｍの厚さを有する。２ｎｍ未満であると、スピントルクの反作用に耐えられない傾向があり、２０ｎｍを越えると、膜厚方向の磁化が不均一になる懸念がある。
第１の界面磁性層は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉのうち少なくとも１つの元素、及びＣｒ，Ｖ，Ｍｎ，Ｔｉ，及びＳｃからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含む合金が用いられる。
第１の界面磁性層としては、ＦｅＣｒ，ＦｅＶ，ＦｅＴｉ，ＣｏＣｒ，ＣｏＭｎ，ＮｉＣｒ，ＮｉＶ，ＮｉＴｉなどが用いられる。第１の界面磁性層の材料は、フリー層とピン層からなる磁気抵抗効果素子でＦｅＣｏ合金をフリー層、第１の界面磁性層材料をピン層に用いた際に、負の磁気抵抗効果ＭＲ比を出現する材料である。Ｃｒ，Ｖ，Ｍｎ，Ｔｉ，及びＳｃからなる群から選ばれる１種の元素の濃度は、次の条件で決めることができる。最小元素濃度は、スピントルクが負となる濃度である。すなわち、発振層とスピン注入層の磁化が平行な際に、発振層からスピン注入層へ電流を流すことで、発振させることができる濃度である。 最大元素濃度は、磁化が消失しない濃度である。例えば、ＦｅＣｒ合金のＣｒ添加量は１〜８０原子％、ＦｅＶのＶ添加量は１〜６５原子％、ＣｏＣｒ合金のＣｒ添加量は１〜３０原子％、ＮｉＣｒ合金のＣｒ添加量は１〜１０原子％、ＮｉＶ合金のＶ添加量は１〜１０原子％にすることができる。
また、第１の界面磁性層の膜厚は、次の条件で決めることができる。最低膜厚は、スピントルクが負となる膜厚である。最大膜厚は、第１の界面磁性層の磁化が垂直方向に向いている膜厚である。これらの値は、元素や作製方法によって変わり得る。
第１の界面磁性層は、例えば０．１ないし２０ｎｍの厚さを有することができる。
０．１ｎｍ未満であると、スピンを注入する能力がなくなる傾向があり、２０ｎｍを越えると、中間層１側の磁化が面内方向に傾くので臨界電流密度が増大する傾向がある。
第１中間層としては、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｇ，Ａｕの他、ＣｒやＣｕ／Ｃｒ，Ａｌ／Ｃｒ，Ａｇ／Ｃｒ，Ａｕ／Ｃｒを用いることができる。Ｃｒを第１の界面磁性層側に設置することで、負のスピントルクの注入効率は大きくなる。発振層から第１の界面磁性層へ電流を流すと、第１の界面磁性層から第１中間層へ、磁化と反平行方向のスピンをもつ電子が流れ込み、それがスピントルクの源となるが、第１中間層がＣｕの場合は、界面でその電子が散乱されてしまう。Ｃｒであればその散乱が抑えられ、その結果スピン注入効率は大きくなると考えられる。
第２中間層としては、スピン拡散長が長いことが知られているＣｕ，Ａｌ，Ａｇ，Ａｕを用いることができる。
第１の中間層の厚さは、０．５ないし５０ｎｍにすることができる。
第１の中間層の厚さが０．５ｎｍ未満であると、スピン注入層と発振層の静磁気的な磁気結合が臨界電流密度を上昇させる方向に影響し、５０ｎｍを越えると、中間層内でスピンが乱れるために臨界電流密度が上昇する傾向がある。
第２の中間層の厚さは、同様の理由で０．５ないし５０ｎｍにすることができる。
発振層は、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉのうち少なくとも一種類以上の元素を含む磁性合金膜または人工格子で形成され、例えば、ＦｅＣｏ合金、Ｆｅ／Ｃｏ人工格子、ＦｅＣｏ／Ｎｉ人工格子を用いることができる。あるいは、Ｆｅ，Ｃｏの第１のグループから選ばれる少なくとも一種類以上の元素と、Ａｌ，Ｓｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｂ，Ｍｎ，Ｓｎの第２のグループから選ばれる少なくとも一種類以上の元素を含む磁性合金膜で形成され、例えばＦｅＣｏＡｌ合金を用いることができる。
十分な高周波磁界強度を発生させるために、発振層の磁気的体積（飽和磁化Ｍｓ（Ｔ）と膜厚（ｎｍ）との積）は２０ｎｍＴ以上であることが望ましい。そのため、例えばＦｅＣｏ合金磁性膜では、膜厚は８．３ｎｍ以上であることが望ましい。膜厚は２０ｎｍ以下にすることができる。２０ｎｍを超えると、発振層の磁化が膜厚方向に分布し、均一発振しなくなる傾向がある。
第２の界面磁性層は、アモルファス磁性膜と高配向磁性膜、又は高配向磁性膜からなる。アモルファス磁性膜としてはＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＦｅＢなどを用いることができる。高配向磁性膜の高配向とは、その結晶配向が膜面垂直方向に対して一定の結晶方位であることをいう。高配向磁性膜は、多結晶でも単結晶でも良い。多結晶の場合、各結晶粒の方位は、膜面平行方向に揃っている必要はなく、膜面垂直方向のみ揃っていれば良い。材料としては、ＦｅＣｏ合金，ＦｅＣｏ合金にＡｌ，Ｓｉ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｂから選ばれる少なくとも一種類以上の元素を添加した合金，Ｆｅ／Ｃｏ人工格子などが用いられる。また、Ｃｏ２ＭｎＧｅ，Ｃｏ２ＭｎＳｉ，Ｃｏ２ＦｅＭｎＳｉ，Ｃｏ２ＦｅＧａＧｅ等のホイスラー系合金を用いることもできる。
第２の界面磁性層の厚さは、０．１ないし２０ｎｍにすることができる。
第２の界面磁性層の厚さが０．１ｎｍ未満であると、スピンを注入する能力がなくなる傾向があり、２０ｎｍを越えると、中間層２側の磁化が面内方向に傾くので臨界電流密度が増大する傾向がある。
第２垂直磁化膜の垂直磁気異方性が第２の界面磁性層上で著しく損なわれる場合には、第２界面磁性膜がない第１の実施形態の構成のほうが大きなスピン注入能力を示す。第２の垂直磁化膜は単体でアップスピン注入能力があるので、第２の界面磁性層がなくても、例えば図２と同じ動作原理で動作することができる。
第３の実施形態によれば、第１の実施形態に係る磁気ヘッドと、
磁気ヘッドが搭載されたヘッドスライダーと、
ヘッドスライダーを一端に搭載するサスペンションと、
前記サスペンションの他端に接続されたアクチュエータアームと、
を備えた磁気ヘッドアセンブリが提供される。
また、第４の実施形態によれば、第２の実施形態に係る磁気ヘッドと、
磁気ヘッドが搭載されたヘッドスライダーと、
ヘッドスライダーを一端に搭載するサスペンションと、
前記サスペンションの他端に接続されたアクチュエータアームと、
を備えた磁気ヘッドアセンブリが提供される。
さらに第５の実施形態に係る磁気記録再生装置は、磁気記録媒体と、第１の実施形態に係る磁気ヘッドとを含む。
さらにまた、第６の実施形態にかかる磁気記録再生装置は、磁気記録媒体と、第２の実施形態に係る磁気ヘッドとを含む。
第３ないし第６の実施形態によれば、大きな高周波磁界を発生させることができるので、より高記録密度に対応した磁気記録媒体に書き込み可能である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図１は、第２の実施形態にかかるスピントルク発振子を示す断面図である。
図示するように、実施形態にかかるスピントルク発振子２０は、図中、下電極となる主磁極２１と上電極となる補助磁極２２との間に積層膜が設けられた構造を有する。
このスピントルク発振子２０は、ダブルスピン注入層型構造であって、下地層１上に、ダウンスピン注入層４が形成され、このダウンスピン注入層４上に第１中間層５が形成され、第１中間層５上に発振層６が形成され、発振層６上に第２中間層７が形成され、第２中間層７上にアップスピン注入層１０が形成され、アップスピン注入層１０上にキャップ層１１が形成された構成となっている。アップスピン注入層１０は通常のスピン注入層と同様であり、このアップスピン注入層１０に加えてダウンスピン注入層４を設けることで、小さな臨界電流密度で発振するスピントルク発振子２０を提供することが可能となる。
図２に、図１のスピントルク発振子２０の駆動原理を表す図を示す。
電流を矢印１０１に示すように、アップスピン注入層１０から発振層６、発振層６からダウンスピン注入層４へ流す方向で、発振層６は、両方のスピン注入層４，１０からスピントルクを受けとることができる。これは、アップスピン注入層は、通常のスピン注入層と同じ通電方向で発振層を発振させる材料で構成され、ダウンスピン注入層は、通常のスピン注入層材料と逆の通電方向で発振層を発振させる材料で構成されるためである。
以下、図１のスピントルク発振子の構成を、より詳細に説明する。
ダウンスピン注入層４は、第１の垂直磁化膜２と第１の界面磁性層３とから構成され、第１の界面磁性層３は第１中間層５側に設置される。第１の界面磁性層２はダウンスピン注入能力のある材料で構成され、第１の垂直磁化膜２は、第１の界面磁性層３に垂直磁気異方性を付与する目的で設置される。アップスピン注入層１０は、第２の界面磁性層８と第２の垂直磁化膜９から構成され、第２の界面磁性層８は第２中間層７側に設置される。第２の界面磁性層８はアップスピン注入能力の大きな材料で構成され、第２の垂直磁化膜９は、第２の界面磁性層８に垂直磁気異方性を付与する目的で設置される。第１の界面磁性層３と第２の界面磁性層９は全く機能が異なるので、異なる材料で構成される。第１の垂直磁化膜２と第２の垂直磁化膜９とは、同じ材料で構成することができる。
図３は、第１の実施形態にかかるスピントルク発振子を表す断面図を示す。
このスピントルク発振子２０’は、アップスピン注入層１０が第２の垂直磁化膜９のみで構成される以外は、図２と同様の構成を有する。第２の垂直磁化膜９の垂直磁気異方性が第２の界面磁性層上で著しく損なわれる場合には、第２の界面磁性層がない第１の実施形態の構成のほうが大きなスピン注入能力を示す。第２の垂直磁化膜は単体でアップスピン注入能力があるので、第２の界面磁性層がなくても、図２と同じ動作原理で動作する。
図４に、実施形態にかかる磁気ヘッドの一例を表す概略図を示す。
実施形態にかかる磁気ヘッド３０は、図示しない再生ヘッド部と、書込ヘッド部５０とを備えている。再生ヘッド部は、図示しない磁気再生素子及びシールドを有する。また、書込ヘッド部５０は、記録磁極としての主磁極２１と、主磁極２１からの磁界を還流させるトレーリングシールド（補助磁極）２２と、主磁極２１とトレーリングシールド（補助磁極）２２の間に設けられたスピントルク発振子２０と、励磁コイル２３とを有する。この高周波磁界アシスト記録ヘッド３０の書込ヘッド部５０において、主磁極２１とトレーリングシールド２２のギャップ磁界により、膜面垂直の外部磁界を印加されることで、膜面にほぼ垂直な軸を回転軸にして、その発振層が歳差運動を行うことで、外部に高周波磁界を発生する。スピントルク発振子から発生する高周波磁界を、主磁極から印加される磁界と重畳することで、より高記録密度に対応した磁気記録媒体に書き込み可能である。
実施形態においては、臨界電流密度が低いスピントルク発振子を高周波磁界の発生源として用いることができる。これにより、大きな高周波磁界で磁気記録媒体の磁化を反転させることが可能である。
図５は、実施形態にかかる磁気ヘッドを搭載可能な磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。
すなわち、磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、記録用媒体ディスク１８０は、スピンドル１５７に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。磁気記録再生装置１５０は、複数の媒体ディスク１８０を備えたものとしてもよい。
媒体ディスク１８０に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダー１０３は、図４に関して前述したような構成を有し、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダー１０３は、例えば、実施の形態にかかる磁気ヘッドをその先端付近に搭載している。
媒体ディスク１８０が回転すると、ヘッドスライダー１０３の媒体対向面（ＡＢＳ）は媒体ディスク１８０の表面から所定の浮上量をもって保持される。あるいはスライダが媒体ディスク１８０と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。
サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。
アクチュエータアーム１５５は、スピンドル１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。
図６に、実施形態にかかる磁気ヘッドアッセンブリの一例を表す概略図を示す。
図６は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。
サスペンション１５４の先端には、図４に示す磁気ヘッド３０を具備するヘッドスライダー１０３が取り付けられている。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダー１０３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中１６５は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。
第７及び第８の実施形態は、各々、第１及び第２の実施形態にかかるスピントルク発振子の変形例である。
第７の実施形態にかかる磁気ヘッドは、磁気記録媒体に記録磁界を印加する主磁極と、主磁極と磁気回路を構成する補助磁極と、主磁極と該補助磁極との間に設けられたスピントルク発振子とを含む。
第７の実施形態に使用されるスピントルク発振子は、ダウンスピン注入層、ダウンスピン注入層上に形成された第１の中間層、及び第１の中間層上に形成された発振層、発振層上に形成された第２の中間層、第２の中間層上に形成されたアップスピン注入層を含む。
第７の実施形態に使用されるダウンスピン注入層は、主磁極及び補助磁極のうち一方の上に形成された、第１の界面磁性層を有する。また、第７の実施形態に使用されるアップスピン注入層は第２の界面磁性層を有する。
図７に、第７の実施形態にかかるスピントルク発振子を含む磁気記録ヘッドの一例を表す模式的な断面図を示す。
図７に示すスピントルク発振子７１は、下電極となる主磁極２１と上電極となる補助磁極２２との間に設けられた積層構造で、デュアル・スピン注入層型構造を有し、主磁極２１上に、第２の界面磁性層８が形成され、この第２の界面磁性層８上に第２中間層７が形成され、第２中間層７上に発振層６が形成され、発振層６上に第１中間層５が形成され、第１中間層５上に第１の界面磁性層３が形成され、第１の界面磁性層３上に補助磁極２２が形成された構成となっている。磁気記録ヘッド３１には、主磁極から記録磁界を発生させるための励磁コイル２５が設けられている。励磁コイル２５に通電すると、主磁極２１と補助磁極２２が磁気回路を形成する。このとき、主磁極２１の第２の界面磁性層８近傍の磁化、第２の界面磁性層８の磁化、発振層６の磁化、第１の界面磁性層３の磁化、補助磁極２２の第１の界面磁性層３近傍の磁化は、スピントルク発振子７１の膜面垂直方向を向く。主磁極２１と補助磁極２２の磁気体積ＫｕＶ（磁気異方性エネルギーＫｕ×体積Ｖ）はとても大きいので、主磁極２１または補助磁極２２と磁気的に交換結合している第２の界面磁性層８または第１の界面磁性層３の磁化は、しっかりと垂直方向を向き、スピン注入層として機能することができる。さらに、第２の界面磁性層８の材料を正のスピントルクを与える材料、第１の界面磁性層３の材料を負のスピントルクを与える材料で構成すると、両方のスピン注入層から発振層６へスピントルクを受け渡すことができる。ここで、正のスピントルクを与える材料とは、発振層６とスピン注入層の磁化が平行な際に、スピン注入層から発振層６へ電流を流すことで、発振させることができるスピン注入層材料である。負のスピントルクを与える材料とは、発振層６とスピン注入層の磁化が平行な際に、発振層６からスピン注入層へ電流を流すことで、発振させることができるスピン注入層材料である。
比較として、図７の第１の界面磁性層３と第１の中間層５の代わりにキャップ層を設けた場合には、第２の界面磁性層８は主磁極２１と交換結合して面直に磁化することによって、発振層６に正のスピントルクを与える。一方、補助磁極２２も磁化が面直方向を向いているので正のスピントルクを与える。発振層６の上下から正のスピントルクを与えても、両者は打ち消しあうので、一方からのスピン注入分がロスになる。
それに対して、図７のスピントルク発振子７１は、発振層６の上から負のスピントルク、下から正のスピントルクを与えるので、両者は足しあわされる。その結果、図７のデュアル・スピン注入層構造は、比較のシングル・スピン注入層構造よりも発振に必要な電圧が低減する効果がある。
図８ないし図１５に、第７の実施形態にかかるスピントルク発振子を含む磁気記録ヘッドの他の一例を表す模式的な断面図を示す。
図８ないし図１５に示すように、第１の界面磁性層３と補助磁極２２との間に第１垂直磁化膜２を、及び／または第２の界面磁性層８と主磁極２１との間に第２垂直磁化膜９を、それぞれ作成することができる。
図８に示す磁気記録ヘッド３２は、そのスピントルク発振子７２が、第１の界面磁性層３と補助磁極２２との間に第１垂直磁化膜２が設けられていること以外、図７に示すスピントルク発振子７１と同様の構成を有する。
図９に示す磁気記録ヘッド３３は、そのスピントルク発振子７３が、第１の界面磁性層３と補助磁極２２との間に第１垂直磁化膜２とキャップ層１１が設けられていること以外、図７に示すスピントルク発振子７１と同様の構成を有する。
図１０に示す磁気記録ヘッド３４は、そのスピントルク発振子７４が、第２の界面磁性層８と主磁極２１との間に第２垂直磁化膜９が設けられていること以外は図７に示すスピントルク発振子７１と同様の構成を有する。
図１１に示す磁気記録ヘッド３５は、そのスピントルク発振子７５が、第２の界面磁性層８と主磁極２１との間に第２垂直磁化膜９と下地層１が設けられていること以外は図７に示すスピントルク発振子７１と同様の構成を有する。
図１２に示す磁気記録ヘッド３６は、そのスピントルク発振子７６が、第１の界面磁性層３と補助磁極２２との間に第１垂直磁化膜２が設けられ、第２の界面磁性層８と主磁極２１との間に第２垂直磁化膜９が設けられていること以外は図７に示すスピントルク発振子７１と同様の構成を有する。
図１３に示す磁気記録ヘッド３７は、そのスピントルク発振子７７が、第１の界面磁性層３と補助磁極２２との間に第１垂直磁化膜２とキャップ層１１が設けられ、第２の界面磁性層８と主磁極２１との間に第２垂直磁化膜９が設けられていること以外は図７に示すスピントルク発振子７１と同様の構成を有する。
図１４に示す磁気記録ヘッド３８は、そのスピントルク発振子７８が、第１の界面磁性層３と補助磁極２２との間に第１垂直磁化膜２が設けられ、第２の界面磁性層８と主磁極２１との間に第２垂直磁化膜９と下地層１が設けられていること以外は図７と同様の構成を有する。
図１５に示す磁気記録ヘッド３９は、そのスピントルク発振子７９が、第１の界面磁性層３と補助磁極２２との間に第１垂直磁化膜２とキャップ層１１が設けられ、第２の界面磁性層８と主磁極２１との間に第２垂直磁化膜９と下地層１が設けられていること以外は図７に示すスピントルク発振子７１と同様の構成を有する。
図８ないし図１５に示すように、第１の界面磁性層を第１垂直磁化膜と積層させることによって、第１の界面磁性層の磁化はより強固に面直方向にピン止めされ、その結果、スピン注入能力に優れた膜となる。第１垂直磁化膜は主磁極上に直接形成してもよいし、より大きな異方性を持たせるために最適な下地を挟んでもよい。同様に、第２の界面磁性層を第２垂直磁化膜と積層させることによって、第２の界面磁性層の磁化を面直方向にピン止めしてもよい。その結果、第２の界面磁性層の磁化はより強硬に面直方向にピン止めされ、スピン注入能力に優れた膜となる。補助磁極は第２垂直磁化膜上に形成してもよいし、その間にキャップ層を挟んでもよい。
さらに、図１６ないし図２５に示すように積層順を入れ替えて、負のスピントルクを与える第２の界面磁性層を発振層の補助磁極側に、正のスピントルクを与える第１の界面磁性層を発振層の主磁極側に形成することができる。膜構成によっては、このように積層順を入れ替えることで、第１垂直磁化膜または第２垂直磁化膜の垂直磁気異方性を大きくすることができる。
図１６に示す磁気記録ヘッド４１は、そのスピントルク発振子８０が、図７のスピントルク発振子７１と積層の順序が逆であること以外は、図７と同様の構成を有する。
図１７に示す磁気記録ヘッド４２は、そのスピントルク発振子８１が、図８のスピントルク発振子７２と積層の順序が逆であること以外は、図７と同様の構成を有する。
図１８に示す磁気記録ヘッド４３は、そのスピントルク発振子８２が、図９のスピントルク発振子７３と積層の順序が逆であり、かつ下地層１の代わりにキャップ層１１が設けられていること以外は、図７と同様の構成を有する。
図１９に示す磁気記録ヘッド４４は、そのスピントルク発振子８３が、図１０のスピントルク発振子７４と積層の順序が逆であること以外は、図７と同様の構成を有する。
図２０に示す磁気記録ヘッド４５は、そのスピントルク発振子８４が、図１１のスピントルク発振子７５と積層の順序が逆であり、かつ下地層１の代わりにキャップ層１１が設けられていること以外は、図７と同様の構成を有する。
図２１に示す磁気記録ヘッド４６は、そのスピントルク発振子８５が、図１２のスピントルク発振子７６と積層の順序が逆であること以外は、図７と同様の構成を有する。
図２２に示す磁気記録ヘッド４７は、そのスピントルク発振子８６が、図１４のスピントルク発振子７８と積層の順序が逆であり、かつ下地層１の代わりにキャップ層１１が設けられていること以外は、図７と同様の構成を有する。
図２３に示す磁気記録ヘッド４８は、そのスピントルク発振子８７が、図１３のスピントルク発振子７８と積層の順序が逆であり、かつキャップ層１１の代わりに下地層１が設けられていること以外は、図７と同様の構成を有する。
図２４に示す磁気記録ヘッド４９は、そのスピントルク発振子８８が、図１５のスピントルク発振子７９と積層の順序が逆であり、かつキャップ層１１と下地層１が入れ替わって設けられていること以外は、図７と同様の構成を有する。
第８の実施形態にかかるスピントルク発振子は、磁気記録媒体に記録磁界を印加する主磁極と、主磁極と磁気回路を構成する補助磁極と、主磁極と該補助磁極との間に設けられたスピントルク発振子とを含む。
第８の実施形態に使用されるスピントルク発振子は、ダウンスピン注入層と、ダウンスピン注入層上に形成された第１の中間層と、第１の中間層上に形成された発振層と、第２の中間層及びアップスピン注入層の代わりに発振層上に形成された、キャップ層とを含む。
第８の実施形態に使用されるダウンスピン注入層は、主磁極及び補助磁極のうち一方の上に形成された、第１の垂直磁化膜、及び第１の垂直磁化膜の上に形成された第１の界面磁性層を有する。
図２５に、第８の実施形態にかかるスピントルク発振子を含む書き込みヘッドの一例を表す模式的な断面図を示す。
図２５に示すスピントルク発振子６０は、下電極となる主磁極２１と上電極となる補助磁極２２との間に設けられた積層構造で、シングル・スピン注入層型構造を有し、主磁極２１上に、第１の界面磁性層３が形成され、この第１の界面磁性層３上に中間層５が形成され、中間層５上に発振層６が形成され、発振層６上にキャップ層１１が形成された構成となっている。第１の界面磁性層３は負のスピントルクを与える材料で形成されており、このような材料として、ＦｅＣｒ， ＦｅＶ， ＦｅＴｉ， ＣｏＣｒ， ＣｏＭｎ， ＮｉＣｒ， ＮｉＶ， ＮｉＴｉなどがあげられる。これらの材料は発振層ＦｅＣｏに対して負のＭＲを出現する材料である。つまり、第１の界面磁性層の膜厚を適切に選べば、このスピントルク発振子６０の抵抗値は、スピン注入層の磁化と発振層の磁化が互いに平行な状態よりも反平行な状態のほうが小さい値を示す。
励磁コイルに通電すると、主磁極２１の第１の界面磁性層３近傍の磁化、界面磁性層３の磁化、発振層６の磁化が、スピントルク発振子６０の膜面垂直方向を向いて互いに平行になる。この際にスピントルク発振子６０に通電すると、負のスピントルクで形成された界面磁性層３を電子が透過する通電方向で、発振層６が発振する。これに対して、正のスピントルクを与える従来材料で界面磁性層を形成すると、第１の界面磁性層３で電子が反射する通電方向で発振層６は発振する。この配置の違いによって、本実施形態のスピントルク発振子６０は、第１の界面磁性層の代わりに正のスピントルクを与える材料で形成された界面磁性層を有する従来の構成よりも低い電圧で発振する効果がある。
なお、図２６に示すように、第１の界面磁性層３と主磁極２１との間に垂直磁化膜２を作成する以外は図２５と同様にしてもよい。第１の界面磁性層３を垂直磁化膜２と積層させることによって、第１の界面磁性層３の磁化はより強固に面直方向にピン止めされ、その結果、スピン注入能力に優れた膜となる。また、図２７に示すように、第１の界面磁性層３と主磁極２１との間に垂直磁化膜２と下地層１をさらに設けること以外は図２５と同様にしても良い。これにより、垂直磁化膜２により大きな異方性を持たせることができる。
なお、第７及び第８の実施形態に使用される第１の界面磁性層、第２の界面磁性層、第１の垂直磁化膜、第２の垂直磁化膜、発振層、第１の中間層、及び第２の中間層は、各々、第１及び第２の実施形態に使用される第１の界面磁性層、第２の界面磁性層、第１の垂直磁化膜、第２の垂直磁化膜、発振層、第１の中間層、及び第２の中間層と同様である。
以下、実施例を示し、実施形態をより具体的に説明する。
以下の構造１に示すスピントルク発振子を製造した。
まず電極上に、それぞれ下記の材料を用いて、下地層からキャップ層までの各層を下記順序で形成した。成膜方法はＤＣマグネトロンスパッタ法で、成膜時の背圧は１×１０−６Ｐａであった。その後、もう１つの電極を形成した。
なお、以下、例えば［Ｃｏ ０．４ｎｍ／Ｐｔ ０．３ｎｍ］＊１５層は、Ｃｏ ０．４ｎｍとＰｔ ０．３ｎｍとの積層体を１５回繰り返し積層したものをいう。
構造１：
電極 Ｔａ ５ｎｍ／Ｃｕ ２５０ｎｍ／Ｔａ ３５ｎｍ
下地層 Ｔａ ３ｎｍ／Ｐｔ ２ｎｍ
第１の垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．４ｎｍ／Ｐｔ ０．３ｎｍ］＊１５層
第１の界面磁性層 Ｎｉ９５Ｃｒ５ ３ｎｍ
第１の中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８層
第２の中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
第２の界面磁性層 Ｆｅ５０Ｃｏ５０ ０．４ｎｍ
第２の垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊１５層
キャップ層 Ｒｕ ５ｎｍ
電極 Ｔａ ５ｎｍ／Ａｕ １００ｎｍ
比較例１
また、比較として、以下の構造２に示すスピントルク発振子を実施例１と同様にして製造した。
構造２：
電極 Ｔａ ５ｎｍ／Ｃｕ ２５０ｎｍ／Ｔａ ３５ｎｍ
下地層 Ｔａ ３ｎｍ／Ｐｔ ２ｎｍ
垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊１５層
界面磁性膜層 Ｆｅ５０Ｃｏ５０ ０．４ｎｍ
中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８層
キャップ層 Ｒｕ ５ｎｍ
電極 Ｔａ ５ｎｍ／Ａｕ １００ｎｍ
この構造２は、ダウンスピン注入層を形成していないので、ダブルスピン注入層型構造になっていない。
比較例２
さらに、比較例２として、以下の構造３に示すスピントルク発振子を実施例１と同様にして製造した。
構造３：
電極 Ｔａ ５ｎｍ／Ｃｕ ２５０ｎｍ／Ｔａ ３５ｎｍ
下地層 Ｔａ ３ｎｍ／Ｐｔ ２ｎｍ
第１垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．４ｎｍ／Ｐｔ ０．３ｎｍ］＊１５層
第１の界面磁性層 Ｎｉ ３ｎｍ
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８層
第２中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
第２の界面磁性層 Ｆｅ５０Ｃｏ５０ ０．４ｎｍ
第２垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊１５層
キャップ層 Ｒｕ １５ｎｍ
電極 Ｔａ ５ｎｍ／Ａｕ １００ｎｍ
この構造３では、第１の界面磁性層がＮｉ層３ｎｍだけであり、所定の２成分を含んでいない。
素子サイズは５０ｎｍ角であった。最大２００ｍＶまで電圧を印加して発振開始電圧を測定した結果、ダブルスピン注入構造を持たない構造２では１０ｍＶ、構造１では５ｍＶ、第１の界面磁性層が実施形態とは異なる構造３では発振しなかった。
発振開始電圧を臨界電流密度に換算した結果を下記表１に示す。
下記表１に示すように、構造２は１．３＊１０７Ａ／ｃｍ２、構造１は０．６＊１０７Ａ／ｃｍ２、構造３は２．７＊１０８Ａ／ｃｍ２以上であった。以上のように、実施例によって臨界電流密度を低減させることができた。
第１の界面磁性層のＮｉＣｒのＣｒ添加量は１〜１０原子％にすることができる。Ｃｒ元素の含有量が１原子％未満及び／またはＮｉ元素の含有量が９９原子％を越える場合、ダウンスピン注入層ではなくアップスピン注入層として機能し、Ｎｉ含有量が９０原子％未満及び／またはＣｒ元素の含有量が１０原子％を越えると、ＮｉＣｒは非磁性となってスピン注入能力のないただのスピン散乱体となり、第１の垂直磁化膜がアップスピン注入層として機能する。
第１の界面磁性層としてＮｉＣｒを用いた場合について、膜厚を１０ｎｍに固定した際の臨界電流密度のＣｒ濃度依存性を下記表２に示す。
Ｃｒ濃度０．５原子％は２．７＊１０８Ａ／ｃｍ２以上、２原子％は０．６＊１０７Ａ／ｃｍ２、３原子％は１．３＊１０７Ａ／ｃｍ２、３０原子％は２．７＊１０８Ａ／ｃｍ２以上であった。Ｃｒ濃度２原子％が最適で、従来構造と比較して臨界電流密度が低減した。Ｃｒ濃度０．５原子％ではダウンスピン注入層として機能しないので臨界電流密度が増大してしまい、Ｃｒ濃度３原子％では、膜の交換スティフネスが小さくなるために臨界電流密度が増大してしまい、Ｃｒ濃度３０原子％はダウンスピン注入層として機能しないので臨界電流密度が増大してしまうと考えられる。
第１の界面磁性層としてＮｉＣｒを用いた場合について、膜厚を３ｎｍに固定した際の臨界電流密度のＣｒ濃度依存性を下記表３に示す。
Ｃｒ濃度０．５原子％及び２．５原子％は２．７＊１０８Ａ／ｃｍ２以上、５原子％は０．６＊１０７Ａ／ｃｍ２、８原子％は１．３＊１０７Ａ／ｃｍ２、３０原子％は２．７＊１０８Ａ／ｃｍ２以上であった。Ｃｒ濃度５原子％が最適で、従来構造と比較して臨界電流密度が低減した。Ｃｒ濃度０．５原子％及び３０原子％の臨界電流密度増大のメカニズムは、膜厚１０ｎｍと同様である。Ｃｒ濃度２．５原子％では、膜厚不足でダウンスピン注入層として機能しないので臨界電流密度が増大してしまい、Ｃｒ濃度８原子％では、膜の交換スティフネスが小さくなるために臨界電流密度が増大してしまうと考えられる。
以上のように、膜厚とＣｒ濃度を適切に選択することで、臨界電流密度を低減させることができることが分かった。
この例では、以下の構造４に示すスピントルク発振子を製造した。
まず電極上に、それぞれ下記の材料を用いて、下地層からキャップ層までの各層を形成した。成膜方法はＤＣマグネトロンスパッタ法で、成膜時の背圧は１×１０−６Ｐａであった。その後、上電極を形成した。
構造４：
電極 Ｔａ ５ｎｍ／Ｃｕ ２５０ｎｍ／Ｔａ ３５ｎｍ
下地層 Ｔａ ３ｎｍ／Ｐｔ ２ｎｍ
第１垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．４ｎｍ／Ｐｔ ０．３ｎｍ］＊１５層
第１の界面磁性層 Ｆｅ７０Ｃｒ３０ ３ｎｍ
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８層
第２中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
第２の界面磁性層 Ｆｅ５０Ｃｏ５０ ０．４ｎｍ
第２垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊１５層
キャップ層 Ｒｕ１５ｎｍ
電極 Ｔａ ５ｎｍ／Ａｕ １００ｎｍ
比較例３
さらに、比較例として、以下の構造５に示すスピントルク発振子を実施例１と同様にして製造した。
構造５：
電極 Ｔａ ５ｎｍ／Ｃｕ ２５０ｎｍ／Ｔａ ３５ｎｍ
下地層 Ｔａ ３ｎｍ／Ｐｔ ２ｎｍ
第１垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．４ｎｍ／Ｐｔ ０．３ｎｍ］＊１５層
第１の界面磁性層 Ｆｅ ３ｎｍ
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８層
第２中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
第２の界面磁性層 Ｆｅ５０Ｃｏ５０ ０．４ｎｍ
第２垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊１５層
キャップ層 Ｒｕ １５ｎｍ
電極 Ｔａ ５ｎｍ／Ａｕ １００ｎｍ
素子サイズは５０ｎｍ角であった。最大２００ｍＶまで電圧を印加して発振開始電圧を測定した結果、構造４では５ｍＶ、第１の界面磁性層がＦｅのみの構造５では発振しなかった。臨界電流密度に換算すると、表１に示すように、構造４は０．６＊１０７Ａ／ｃｍ２、構造５は２．７＊１０８Ａ／ｃｍ２以上であった。以上のように、本実施例によって臨界電流密度を低減させることができた。
ＦｅＣｒのＣｒ添加量は１〜８０原子％にすることができる。Ｃｒ元素の含有量が１原子％未満、及び／またはＦｅの含有量が９９原子％を越えると、ダウンスピン注入層ではなくアップスピン注入層として機能し、Ｆｅの含有量が２０原子％未満、及び／またはＣｒ元素の含有量が８０原子％を越えると、ＦｅＣｒは非磁性となってスピン注入能力のないただのスピン散乱体となり、第１の垂直磁化膜がアップスピン注入層として機能する。
ＦｅＣｒについて、膜厚を３ｎｍに固定した際の、臨界電流密度のＣｒ濃度依存性を下記表３に示す。
Ｃｒ濃度１０原子％は２．７＊１０８Ａ／ｃｍ２以上、３０％は０．６＊１０７Ａ／ｃｍ２、６０原子％は１．０＊１０７Ａ／ｃｍ２であった。メカニズムは実施例１と同様である。以上のように、膜厚とＣｒ濃度を適切に選択することで、臨界電流密度を低減させることができた。
ここでは、以下の構成６に示すスピントルク発振子を製造した。
まず電極上に、それぞれ下記の材料を用いて、下地層からキャップ層までの各層を形成した。成膜方法はＤＣマグネトロンスパッタ法で、成膜時の背圧は１×１０−６Ｐａであった。その後、上電極を形成した。
構造６：
電極 Ｔａ ５ｎｍ／Ｃｕ ２５０ｎｍ／Ｔａ ３５ｎｍ
下地層 Ｔａ ３ｎｍ／Ｐｔ ２ｎｍ
第１垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．４ｎｍ／Ｐｔ ０．３ｎｍ］＊１５層
第１の界面磁性層 Ｆｅ７５Ｖ２５ ４ｎｍ
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８層
第２中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
第２の界面磁性層 Ｆｅ５０Ｃｏ５０ ０．４ｎｍ
第２垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊１５層
キャップ層 Ｒｕ１５ｎｍ電極 Ｔａ ５ｎｍ／Ａｕ １００ｎｍ
素子サイズは５０ｎｍ角であった。最大２００ｍＶまで電圧を印加して発振開始電圧を測定した結果、構造６で発振した。
臨界電流密度に換算すると、表１に示すように、構造６は０．６＊１０７Ａ／ｃｍ２であった。以上のように、本実施例によって臨界電流密度を低減させることができた。
ＦｅＶのＶ添加量は１〜６５原子％にすることができる。Ｖ元素の含有量が１原子％未満、及び／またはＦｅの含有量が９９原子％を越えると、ダウンスピン注入層ではなくアップスピン注入層として機能し、Ｆｅの含有量が３５原子％未満、及び／またはＶ元素の含有量が６５原子％を越えると、ＦｅＶは非磁性となってスピン注入能力のないただのスピン散乱体となり、第１の垂直磁化膜がアップスピン注入層として機能する。膜厚を４ｎｍに固定した際の、臨界電流密度のＣｒ濃度依存性を表４に示す。Ｖ濃度１５原子％は２．７＊１０８Ａ／ｃｍ２以上、２５原子％は０．６＊１０７Ａ／ｃｍ２、５０原子％は１．０＊１０７Ａ／ｃｍ２であった。メカニズムは実施例１と同様である。以上のように、膜厚とＶ濃度を適切に選択することで、臨界電流密度を低減させることができた。
ここでは、実施形態１に係るスピントルク発振子を形成した。
まず電極上に、それぞれ下記の材料を用いて、下地層からキャップ層までの各層を下記順序で形成した。成膜方法はＤＣマグネトロンスパッタ法で、成膜時の背圧は１×１０−６Ｐａであった。その後、もう１つの電極を形成した。
下記の構成は、第２の界面磁性層がないことのみが第１実施例と異なる。
構造７：
電極 Ｔａ ５ｎｍ／Ｃｕ ２５０ｎｍ／Ｔａ ３５ｎｍ
下地層 Ｔａ ３ｎｍ／Ｐｔ ２ｎｍ
第１の垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．４ｎｍ／Ｐｔ ０．３ｎｍ］＊１５層
第１の界面磁性層 Ｆｅ７０Ｃｒ３０ ３ｎｍ
第１の中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８層
第２の中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
第２の垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊１５層
キャップ層 Ｒｕ ５ｎｍ
電極 Ｔａ ５ｎｍ／Ａｕ １００ｎｍ
比較例４
また、比較として、以下の構造８に示すスピントルク発振子を同様にして製造した。
構造８：
電極 Ｔａ ５ｎｍ／Ｃｕ ２５０ｎｍ／Ｔａ ３５ｎｍ
下地層 Ｔａ ３ｎｍ／Ｐｔ ２ｎｍ
垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊１５層
中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８層
キャップ層 Ｒｕ ５ｎｍ
電極 Ｔａ ５ｎｍ／Ａｕ １００ｎｍ
この構造８は、ダウンスピン注入層を形成していないので、ダブルスピン注入層型構造になっていない。
比較例５
さらに、比較例５として、以下の構造９に示すスピントルク発振子を同様にして製造した。
構造９：
電極 Ｔａ ５ｎｍ／Ｃｕ ２５０ｎｍ／Ｔａ ３５ｎｍ
下地層 Ｔａ ３ｎｍ／Ｐｔ ２ｎｍ
第１垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．４ｎｍ／Ｐｔ ０．３ｎｍ］＊１５層
第１の界面磁性層 Ｆｅ ３ｎｍ
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８層
第２中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
第２垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊１５層
キャップ層 Ｒｕ １５ｎｍ
電極 Ｔａ ５ｎｍ／Ａｕ １００ｎｍ
この構造９では、第１の界面磁性層がＦｅ層３ｎｍだけであり、所定の２成分を含んでいない。
素子サイズは５０ｎｍ角であった。最大２００ｍＶまで電圧を印加して発振開始電圧を測定した結果、ダブルスピン注入構造を持たない構造８では１０ｍＶ、構造７では５ｍＶ、第１の界面磁性層が実施形態とは異なる構造９では発振しなかった。
発振開始電圧を臨界電流密度に換算した結果を下記表１に示す。
下記表１に示すように、構造８は１．３＊１０７Ａ／ｃｍ２、構造７は０．６＊１０７Ａ／ｃｍ２、構造９は２．７＊１０８Ａ／ｃｍ２以上であった。
以上のように、実施例では臨界電流密度を低減できることがわかった。
Figure 2014130672
Figure 2014130672
Figure 2014130672
Figure 2014130672
本実施例では、以下のようにしてスピントルク発振子を備えた磁気記録ヘッドを製造した。
まず主磁極上に、それぞれ下記の材料を用いて、下記構造１０に従って、第１界面磁性層からキャップ層までの各層を形成した。成膜方法はＤＣマグネトロンスパッタ法で、成膜時の背圧は１×１０−６Ｐａであった。その後、スピントルク発振子を３０ｎｍ角から５０ｎｍ角程度の素子に加工し、スパッタエッチでキャップ層を取り除き、最後に補助電極を形成して図７と同様の構成を有する磁気記録ヘッドを得た。
構造１０
主磁極
第１界面磁性層 Ｃｏ７２Ｆｅ８Ｂ２０ ２ｎｍ／Ｆｅ５０Ｃｏ５０ ０．５ｎｍ
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８層
第２中間層 Ｃｕ ３ｎｍ／Ｃｒ ３ｎｍ
第２界面磁性層 Ｆｅ７０Ｃｒ３０ ４ｎｍ
キャップ層 Ｒｕ １５ｎｍ
（スパッタエッチでＲｕ１５ｎｍを取り除く）
補助磁極
比較例６
また、下記構造１１の比較例のサンプルを実施例５と同様にして作成した。
構造１１：
主磁極
第１界面磁性層 Ｃｏ７２Ｆｅ８Ｂ２０ ２ｎｍ ／Ｆｅ５０Ｃｏ５０ ０．５ｎｍ
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
発振層（［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８）
キャップ層（Ｒｕ ２１ｎｍ）
（スパッタエッチでＲｕ１５ｎｍを取り除く）
補助磁極
構造１０は比較例６よりも発振に必要な臨界電流密度が低減する効果がある。
下記構造１２に従って、実施例５と同様にして図８と同様の構成を有する磁気記録ヘッドを得た。
構造１２
主磁極
第１界面磁性層 Ｃｏ７２Ｆｅ８Ｂ２０ ２ｎｍ ／Ｆｅ５０Ｃｏ５０ ０．５ｎｍ
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ）
発振層［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８
第２中間層 Ｃｕ ３ｎｍ／Ｃｒ １ｎｍ
第２界面磁性層 Ｆｅ７０Ｃｒ３０ ２ｎｍ
第２垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．４ｎｍ／Ｐｔ ０．３ｎｍ］＊１５
キャップ層 Ｒｕ １５ｎｍ
（スパッタエッチ Ｒｕ１５ｎｍを取り除く）
補助磁極
構造１２は比較例６よりも発振に必要な臨界電流密度が低減する効果がある。
下記構造１３に従って、実施例５と同様にして図９と同様の構成を有する磁気記録ヘッドを得た。
構造１３
主磁極
第１界面磁性層 Ｃｏ７２Ｆｅ８Ｂ２０ ２ｎｍ／Ｆｅ５０Ｃｏ５０ ０．５ｎｍ
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８）
第２中間層 Ｃｕ ３ｎｍ／Ｃｒ １ｎｍ
第２界面磁性層 Ｆｅ７０Ｃｒ３０ ２ｎｍ
第２垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．４ｎｍ／Ｐｔ ０．３ｎｍ］＊１５
キャップ層 Ｒｕ １５ｎｍ
補助磁極
構造１３は比較例６よりも発振に必要な臨界電流密度が低減する効果がある。
下記構造１４に従って、実施例５と同様にして図１０と同様の構成を有する磁気記録ヘッドを得た。
構造１４
主磁極
第１垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．４ｎｍ／Ｐｔ ０．３ｎｍ］＊１５
第１界面磁性層 Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １ｎｍ
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８
第２中間層 Ｃｕ ３ｎｍ／Ｃｒ ３ｎｍ
第２界面磁性層（Ｆｅ７０Ｃｒ３０ ４ｎｍ）／キャップ層（Ｒｕ １５ｎｍ）
（スパッタエッチでＲｕ１５ｎｍを取り除く）
補助磁極
構造１４は比較例１よりも発振に必要な臨界電流密度が低減する効果がある。
下記構造１５に従って、実施例５と同様にして図１１と同様の構成を有する磁気記録ヘッドを得た。
構造１５
主磁極
下地層 Ｔａ ３ｎｍ／Ｐｔ ２ｎｍ
第１垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．４ｎｍ／Ｐｔ ０．３ｎｍ］＊１５
第１界面磁性層 Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １ｎｍ
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
発振層［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８
第２中間層 Ｃｕ ３ｎｍ／Ｃｒ ３ｎｍ
第２界面磁性層 Ｆｅ７０Ｃｒ３０ ４ｎｍ
キャップ層 Ｒｕ １５ｎｍ
（スパッタエッチでＲｕ１５ｎｍを取り除く）
補助磁極
比較例７
下記構造１６に従って、実施例５と同様にして磁気記録ヘッドを得た。
構造１６
主磁極
下地層 Ｔａ ３ｎｍ／Ｐｔ ２ｎｍ
第１垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．４ｎｍ／Ｐｔ ０．３ｎｍ］＊１５
第１界面磁性層 Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １ｎｍ
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８
キャップ層 Ｒｕ ２１ｎｍ
（スパッタエッチでＲｕ１５ｎｍを取り除く）
補助磁極
構造１６は比較例２よりも発振に必要な臨界電流密度が低減する効果がある。
下記構造１７に従って、実施例５と同様にして図１２と同様の構成を有する磁気記録ヘッドを得た。
構造１７
主磁極
第１垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．４ｎｍ／Ｐｔ ０．３ｎｍ］＊１５
第１界面磁性層 Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １ｎｍ
第１中間層Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８
第２中間層Ｃｕ ３ｎｍ／Ｃｒ １ｎｍ
第２界面磁性層 Ｆｅ７０Ｃｒ３０ ２ｎｍ
第２垂直磁化膜 Ｃｏ ０．４ｎｍ／Ｐｔ ０．３ｎｍ］＊１５
キャップ層 Ｒｕ １５ｎｍ
（スパッタエッチでＲｕ１５ｎｍを取り除く）
補助磁極
構造１７は比較例７よりも発振に必要な臨界電流密度が低減する効果がある。
下記構造１８に従って、実施例５と同様にして図１３と同様の構成を有する磁気記録ヘッドを得た。
構造１８
主磁極
第１垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．４ｎｍ／Ｐｔ ０．３ｎｍ］＊１５
第１界面磁性層 Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １ｎｍ
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８
第２中間層 Ｃｕ ３ｎｍ／Ｃｒ １ｎｍ
第２界面磁性層 Ｆｅ７０Ｃｒ３０ ２ｎｍ
第２垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．４ｎｍ／Ｐｔ ０．３ｎｍ］＊１５
キャップ層 Ｒｕ １５ｎｍ
補助磁極
構造１８は比較例７よりも発振に必要な臨界電流密度が低減する効果がある。
下記構造１９に従って、実施例５と同様にして図１４と同様の構成を有する磁気記録ヘッドを得た。
構造１９
主磁極
下地層 Ｔａ ３ｎｍ／Ｐｔ ２ｎｍ
第１垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．４ｎｍ／Ｐｔ ０．３ｎｍ］＊１５
第１界面磁性層 Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １ｎｍ
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８
第２中間層 Ｃｕ ３ｎｍ／Ｃｒ １ｎｍ
第２界面磁性層 Ｆｅ７０Ｃｒ３０ ２ｎｍ
第２垂直磁化膜 Ｃｏ ０．４ｎｍ／Ｐｔ ０．３ｎｍ］＊１５
キャップ層 Ｒｕ １５ｎｍ
（スパッタエッチでＲｕ１５ｎｍを取り除く）
補助磁極
構造１９は比較例２よりも発振に必要な臨界電流密度が低減する効果がある。
下記構造２０に従って、実施例５と同様にして図１５と同様の構成を有する磁気記録ヘッドを得た。
構造２０
主磁極
下地層 Ｔａ ３ｎｍ／Ｐｔ ２ｎｍ
第１垂直磁化膜 Ｃｏ ０．４ｎｍ／Ｐｔ ０．３ｎｍ］＊１５）
第１界面磁性層 Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １ｎｍ
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８
第２中間層 Ｃｕ ３ｎｍ／Ｃｒ １ｎｍ
第２界面磁性層 Ｆｅ７０Ｃｒ３０ ２ｎｍ
第２垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．４ｎｍ／Ｐｔ ０．３ｎｍ］＊１５
キャップ層 （Ｒｕ １５ｎｍ）
補助磁極
構造２０は比較例７よりも発振に必要な臨界電流密度が低減する効果がある。
下記構造２１に従って、実施例５と同様にして図１６と同様の構成を有する磁気記録ヘッドを得た。
構造２１
主磁極
第２界面磁性層 Ｃｏ７２Ｆｅ８Ｂ２０ ２ｎｍ／Ｆｅ７０Ｃｒ３０ ２ｎｍ
第２中間層 Ｃｒ １ｎｍ／Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
第１界面磁性層 Ｆｅ５０Ｃｏ５０ ２ｎｍ
キャップ層 Ｒｕ １５ｎｍ
（スパッタエッチでＲｕ１５ｎｍを取り除く）
補助磁極
比較例８
下記構造２２に従って、実施例５と同様にして磁気記録ヘッドを得た。
構造２２
主磁極
第２界面磁性層 Ｃｏ７２Ｆｅ８Ｂ２０ ２ｎｍ／Ｆｅ７０Ｃｒ３０ ２ｎｍ
第２中間層 Ｃｒ １ｎｍ／Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８
キャップ層 Ｒｕ １５ｎｍ
（スパッタエッチでＲｕ１８ｎｍを取り除く）
補助磁極
構造２１は比較例８よりも発振に必要な臨界電流密度が低減する効果がある。
下記構造２３に従って、実施例５と同様にして図１７と同様の構成を有する磁気記録ヘッドを得た。
構造２３
主磁極
第２界面磁性層 Ｃｏ７２Ｆｅ８Ｂ２０ ２ｎｍ／Ｆｅ７０Ｃｒ３０ ２ｎｍ
第２中間層 Ｃｒ １ｎｍ／Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 Ｆｅ４７Ｃｏ４７Ａｌ６ １５ｎｍ
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ／Ｃｒ ３ｎｍ
第１界面磁性層 Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １ｎｍ
第１垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．２ｎｍ／Ｎｉ ０．６ｎｍ］＊１５
キャップ層 Ｒｕ １５ｎｍ
（スパッタエッチでＲｕ１５ｎｍを取り除く）
補助磁極
構造２３は比較例８よりも発振に必要な臨界電流密度が低減する効果がある。
下記構造２４に従って、実施例５と同様にして図１８と同様の構成を有する磁気記録ヘッドを得た。
構造２４
主磁極
下地層 Ｔａ ３ｎｍ／Ｃｕ ２ｎｍ
第２垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．２ｎｍ／Ｎｉ ０．６ｎｍ］＊１５
第２界面磁性層 Ｎｉ９５Ｃｒ５ ３ｎｍ
第２中間層 Ｃｒ１ｎｍ／Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
第１界面磁性層 Ｆｅ５０Ｃｏ５０ ２ｎｍ
キャップ層 Ｒｕ １５ｎｍ
（スパッタエッチでＲｕ１５ｎｍを取り除く）
補助磁極
比較例９
下記構造２５に従って、実施例５と同様にして磁気記録ヘッドを得た。
構造２５
主磁極／下地層 Ｔａ ３ｎｍ／Ｃｕ ２ｎｍ
第２垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．２ｎｍ／Ｎｉ ０．６ｎｍ］＊１５
第２界面磁性層 Ｎｉ９５Ｃｒ５ ３ｎｍ
第２中間層 Ｃｒ１ｎｍ／Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８
キャップ層 Ｒｕ １８ｎｍ
（スパッタエッチでＲｕ１５ｎｍを取り除く）
補助磁極
構造２４は比較例９よりも発振に必要な臨界電流密度が低減する効果がある。
下記構造２６に従って、実施例５と同様にして図１９と同様の構成を有する磁気記録ヘッドを得た。
構造２６
主磁極
第２界面磁性層 Ｃｏ７２Ｆｅ８Ｂ２０ ２ｎｍ／Ｎｉ９５Ｃｒ５ ３ｎｍ
第２中間層 Ｃｒ １ｎｍ／Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
第１界面磁性層 Ｆｅ５０Ｃｏ５０ ２ｎｍ
キャップ層 Ｒｕ １５ｎｍ
（スパッタエッチでＲｕ１５ｎｍを取り除く）
補助磁極
構造２６は比較例８よりも発振に必要な臨界電流密度が低減する効果がある。
下記構造２７に従って、実施例５と同様にして図２０と同様の構成を有する磁気記録ヘッドを得た。
構造２７
主磁極
第２界面磁性層 Ｃｏ７２Ｆｅ８Ｂ２０ ２ｎｍ／Ｆｅ７５Ｖ２５ ４ｎｍ
第２中間層 Ｃｒ １ｎｍ／Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
第１界面磁性層 Ｃｏ２ＭｎＳｉ ２ｎｍ
キャップ層 Ｒｕ １５ｎｍ
補助磁極
構造２７は比較例８よりも発振に必要な臨界電流密度が低減する効果がある。
下記構造２８に従って、実施例５と同様にして図２１と同様の構成を有する磁気記録ヘッドを得た。
構造２８
主磁極
第２垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．２ｎｍ／Ｎｉ ０．６ｎｍ］＊１５
第２界面磁性層 Ｃｏ８０Ｃｒ２０ ３ｎｍ
第２中間層 Ｃｒ １ｎｍ／Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
第１界面磁性層 Ｃｏ２ＭｎＳｉ ２ｎｍ
第１垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．２ｎｍ／Ｎｉ ０．６ｎｍ］＊１５
キャップ層 Ｒｕ １５ｎｍ
（スパッタエッチでＲｕ１５ｎｍを取り除く）
補助磁極
構造２８は比較例８よりも発振に必要な臨界電流密度が低減する効果がある。
下記構造２９に従って、実施例５と同様にして図２２と同様の構成を有する磁気記録ヘッドを得た。
構造２９
主磁極
第２垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．２ｎｍ／Ｎｉ ０．６ｎｍ］＊１５
第２界面磁性層 Ｎｉ９５Ｖ５ ４ｎｍ
第２中間層 Ｃｒ １ｎｍ／Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
第１界面磁性層 Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １ｎｍ
第１垂直磁化膜［Ｃｏ ０．２ｎｍ／Ｎｉ ０．６ｎｍ］＊１５
キャップ層（Ｒｕ １５ｎｍ）
補助磁極
構造２９は比較例８よりも発振に必要な臨界電流密度が低減する効果がある。
下記構造３０に従って、実施例５と同様にして図２３と同様の構成を有する磁気記録ヘッドを得た。
構造３０
主磁極
下地層 Ｔａ ３ｎｍ／Ｃｕ ２ｎｍ
第２垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．２ｎｍ／Ｎｉ ０．６ｎｍ］＊１５
第２界面磁性層 Ｆｅ７０Ｃｒ３０ ４ｎｍ
第２中間層 Ｃｒ ３ｎｍ／Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
第１界面磁性層 Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １ｎｍ
第１垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．２ｎｍ／Ｎｉ ０．６ｎｍ］＊１５
キャップ層 Ｒｕ １５ｎｍ
（スパッタエッチでＲｕ１５ｎｍを取り除く）
補助磁極
構造３０は比較例４よりも発振に必要な臨界電流密度が低減する効果がある。
下記構造３０に従って、実施例５と同様にして図２４と同様の構成を有する磁気記録ヘッドを得た。
構造３１
主磁極
下地層 Ｔａ ３ｎｍ／Ｃｕ ２ｎｍ
第２垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．２ｎｍ／Ｎｉ ０．６ｎｍ］＊１５
第２界面磁性層 Ｆｅ７０Ｃｒ３０ ４ｎｍ
第２中間層 Ｃｒ ３ｎｍ／Ｃｕ ３ｎｍ
発振層 ［Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １．６ｎｍ／Ｎｉ ０．２ｎｍ］＊８
第１中間層 Ｃｕ ３ｎｍ
第１界面磁性層 Ｆｅ５０Ｃｏ５０ １ｎｍ
第１垂直磁化膜 ［Ｃｏ ０．２ｎｍ／Ｎｉ ０．６ｎｍ］＊１５
キャップ層 Ｒｕ １５ｎｍ
補助磁極
構造３０は比較例９よりも発振に必要な臨界電流密度が低減する効果がある。
１…下地層、２…第１の垂直磁化膜、３…第１の界面磁性層、４…ダウンスピン注入層、５…第１の中間層、６…発振層、７…第２の中間層、８…第２の界面磁性層、９…第２の垂直磁化膜、１０…アップスピン層、１１…キャップ層、２０…スピントルク発振子、２１…主磁極、２２…補助磁極、３０…磁気ヘッド

Claims (15)

  1. 磁気記録媒体に記録磁界を印加する主磁極と、
    主磁極と磁気回路を構成する補助磁極と、
    該主磁極と該補助磁極との間に設けられたスピントルク発振子とを含み、
    該スピントルク発振子は、該主磁極及び該補助磁極のうち一方の上に形成された、第１の垂直磁化膜、及び該第１の垂直磁化膜の上に形成された、鉄、コバルト、及びニッケルのうち少なくとも１つの元素と、クロム、バナジウム、マンガン、チタン、及びスカンジウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とを含有する第１の界面磁性層を有するダウンスピン注入層、
    該ダウンスピン注入層上に形成された第１の中間層、
    該第１の中間層上に形成された発振層、
    該発振層上に設けられた第２の中間層、及び
    該第２の中間層上に設けられた第２の垂直磁化膜を含むアップスピン注入層を具備することを特徴とする磁気ヘッド。
  2. 前記第１の中間層と前記第２の垂直磁化膜との間に第２の界面磁性層をさらに形成することを特徴とする請求項１に記載の磁気ヘッド。
  3. 磁気記録媒体に記録磁界を印加する主磁極と、
    主磁極と磁気回路を構成する補助磁極と、
    該主磁極と該補助磁極との間に設けられたスピントルク発振子とを含み、
    該スピントルク発振子は、該主磁極及び該補助磁極のうち一方の上に形成された鉄、コバルト、及びニッケルのうち少なくとも１つの元素と、クロム、バナジウム、マンガン、チタン、及びスカンジウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とを含有する第１の界面磁性層、
    該第１の界面磁性層上に形成された第１の中間層、
    該第１の中間層上に形成された発振層、
    該発振層上に設けられた第２の中間層、及び
    該第２の中間層上に設けられた第２の界面磁性層を具備する磁気ヘッド。
  4. 前記該主磁極及び該補助磁極のうちの一方と第１の界面磁性層との間に第１の垂直磁化膜をさらに形成し、前記該主磁極及び該補助磁極のうちの他方と第２の界面磁性層との間に第２の垂直磁化膜をさらに形成する請求項３に記載の磁気ヘッド。
  5. 前記第１の垂直磁化膜及び前記第２の垂直磁化膜は、互いに同じ組成あるいは異なる組成を有し、鉄、コバルトのうち少なくとも１つの元素からなる層と、鉄、コバルト、ニッケル、プラチナ、パラジウム、及び銅からなる群から選択される少なくとも１つの元素からなる層とを交互に積層して形成されることを特徴とする請求項２または４に記載の磁気ヘッド。
  6. 前記第２の界面磁性層は、コバルト系ホイスラー合金からなる請求項２，４，及び５のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
  7. 前記第２の界面磁性層は、ＦｅＣｏ合金、または鉄とコバルトの人工格子からなる請求項２，４，及び５のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
  8. 磁気記録媒体に記録磁界を印加する主磁極と、
    主磁極と磁気回路を構成する補助磁極と、
    該主磁極と該補助磁極との間に設けられたスピントルク発振子とを含み、
    該スピントルク発振子は、該主磁極及び該補助磁極のうち一方の上に形成された鉄、コバルト、及びニッケルのうち少なくとも１つの元素と、クロム、バナジウム、マンガン、チタン、及びスカンジウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とを含有する第１の界面磁性層、
    該第１の界面磁性層上に形成された第１の中間層、
    該第１の中間層上に形成された発振層、
    該発振層上に形成されたキャップ層を具備する磁気ヘッド。
  9. 前記発振層は、ＦｅＣｏ合金、ＦｅＣｏにアルミ、シリコン、ガリウム、ゲルマニウム、銅、銀、及びホウ素からなる群から選ばれる少なくとも１つの元素を添加した合金、及びコバルト基ホイスラー合金から選択される請求項８に記載の磁気ヘッド。
  10. 前記第１の界面磁性層はＦｅＣｏ合金に対して負の磁気抵抗効果を出現する材料で形成される請求項８または９に記載の磁気ヘッド。
  11. 前記第１の界面磁性層は、ニッケル及びクロムを含み、クロム元素の含有量は１原子％ないし１０原子％であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
  12. 前記第１の界面磁性層は、鉄及びクロムを含み、クロム元素の含有量は１原子％〜８０原子％であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
  13. 前記第１の界面磁性層は、鉄及びバナジウムを含み、バナジウム元素の含有量は１原子％ないし６５原子％であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
  14. 請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の磁気ヘッドと、
    前記磁気ヘッドが搭載されたヘッドスライダーと、
    前記ヘッドスライダーを一端に搭載するサスペンションと、
    前記サスペンションの他端に接続されたアクチュエータアームと、
    を備えたことを特徴とする磁気ヘッドアセンブリ。
  15. 磁気記録媒体と、請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の磁気ヘッドとを具備することを特徴とする磁気記録再生装置。
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